基于專利的中國區(qū)域技術(shù)合作網(wǎng)絡(luò)演化研究

張 瑩，許端陽，趙志耘

(1. 中國科學(xué)技術(shù)信息研究所，北京 100038;2. 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101)

近些年來，利用專利研究技術(shù)合作的成果越來越多［1-5］。但是，目前中國學(xué)者從動(dòng)態(tài)角度，特別是從地理空間視角對區(qū)域技術(shù)合作網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)演化規(guī)律的綜合研究較少，無法全面反映中國技術(shù)合作空間分布形態(tài)的演化過程。因此，本文分別構(gòu)建1991—2010 年四個(gè)階段的區(qū)域技術(shù)合作網(wǎng)絡(luò)，對中國區(qū)域技術(shù)合作網(wǎng)絡(luò)的基本特征、空間結(jié)構(gòu)及區(qū)域個(gè)體合作模式進(jìn)行靜態(tài)揭示和動(dòng)態(tài)演化研究，為中國區(qū)域技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略布局及政策制定提供事實(shí)參考。

1 研究方法

1.1 樣本選擇與數(shù)據(jù)處理

作為技術(shù)合作的一項(xiàng)重要成果，專利一直以來都是衡量技術(shù)創(chuàng)新的重要指標(biāo)［6］。本文通過分析專利權(quán)人的地理特征，識別技術(shù)合作的空間演化規(guī)律。綜合考慮數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)規(guī)模和可獲得性，選用萬方中外專利數(shù)據(jù)庫，為保證數(shù)據(jù)的完整性，獲取1991—2010 年專利權(quán)人大于或等于2 的合作申請發(fā)明專利，根據(jù)專利權(quán)人的省份信息，篩選中國大陸區(qū)域合作專利21796 項(xiàng)，其中不包括大陸地區(qū)與境外地區(qū)(包括港澳臺(tái))及港澳臺(tái)地區(qū)間的合作。專利權(quán)人為自然人的合作專利因無法根據(jù)姓名準(zhǔn)確判斷其所在地區(qū)，本文未考慮此類合作專利。

1.2 方法與工具

社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析是度量及分析復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和特征的有效方法，既能揭示各種虛擬網(wǎng)絡(luò)的微觀結(jié)構(gòu)和內(nèi)在關(guān)系，也廣泛應(yīng)用在整體網(wǎng)絡(luò)的地理特征和空間效應(yīng)的研究中［7］。區(qū)域技術(shù)合作有典型的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)特征，創(chuàng)新主體所在地區(qū)為點(diǎn)，合作關(guān)系為連線，因此本文選用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法研究區(qū)域技術(shù)合作。

區(qū)域技術(shù)合作網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)有特定地理位置信息，但現(xiàn)存的如Ucinet、Pajek 等社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析工具不能顯示這種空間特性，因此本文選用大數(shù)據(jù)分析軟件Tableau 對專利數(shù)據(jù)可視化。Tableau 軟件將包括地圖在內(nèi)的多個(gè)視圖整合，操作簡單，可視化效果好。為了更好地揭示區(qū)域技術(shù)合作的演化路徑，本文將1991—2010 年分為四個(gè)階段:1991—1995、1996—2000、2001—2005 及2006—2010，分別對研究各階段技術(shù)合作的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)特征、網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)、區(qū)域節(jié)點(diǎn)個(gè)體合作模式的演化。

(1)區(qū)域技術(shù)合作網(wǎng)絡(luò)特征研究。借助社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析軟件Ucinet，比較1991—2010 年四個(gè)階段技術(shù)合作網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、網(wǎng)絡(luò)邊數(shù)、平均合作頻次、網(wǎng)絡(luò)密度、度數(shù)中心勢及中介中心勢等網(wǎng)絡(luò)基本特征指標(biāo)。

網(wǎng)絡(luò)規(guī)模:網(wǎng)絡(luò)中包含的全部行動(dòng)者數(shù)目，本文研究中國大陸地區(qū)(不含港澳臺(tái))的區(qū)域技術(shù)合作，因此最大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模為31。

網(wǎng)絡(luò)邊數(shù):節(jié)點(diǎn)間連線數(shù)量，反映區(qū)域技術(shù)合作關(guān)系。

平均合作頻次:合作專利總數(shù)與網(wǎng)絡(luò)邊數(shù)之比，為中國區(qū)域間技術(shù)合作次數(shù)的均值。

網(wǎng)絡(luò)密度:實(shí)際關(guān)系數(shù)與理論上最大關(guān)系數(shù)之比，密度越大，網(wǎng)絡(luò)對其中行動(dòng)者產(chǎn)生的影響可能越大。

中心勢:網(wǎng)絡(luò)關(guān)系在整個(gè)圖上的分布情況，旨在界定網(wǎng)絡(luò)圖是否具有中心趨勢，反映網(wǎng)絡(luò)的整體向心程度。

(2)區(qū)域技術(shù)合作網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)研究。利用Tableau 將區(qū)域合作關(guān)系映射到地圖上。隨著技術(shù)合作數(shù)量增多，區(qū)域間連線顏色加深，線型變粗。網(wǎng)絡(luò)的核心-邊緣結(jié)構(gòu)分析可以揭示網(wǎng)絡(luò)中哪些區(qū)域分別處于“核心”、“半邊緣”和“邊緣”地位，并找到這些結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系［8］。核心- 邊緣結(jié)構(gòu)矩陣模型根據(jù)原矩陣和理想矩陣的相似程度判斷矩陣中核心與邊緣的界限［9-10］，將網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)分為兩組，一組關(guān)系緊密，是網(wǎng)絡(luò)的核心，另一組關(guān)系則相對薄弱。

本文結(jié)合區(qū)域技術(shù)合作空間網(wǎng)絡(luò)圖譜，利用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析工具Ucinet 的核心-邊緣分析模塊得出1991—2010 年四個(gè)階段的核心-邊緣結(jié)構(gòu)，計(jì)算各階段核心區(qū)與邊緣區(qū)的技術(shù)合作聯(lián)系密度，剖析中國區(qū)域技術(shù)合作網(wǎng)絡(luò)的空間結(jié)構(gòu)特征。

(3)區(qū)域個(gè)體技術(shù)合作模式研究。各區(qū)域合作廣度、深度反映區(qū)域技術(shù)合作模式的發(fā)展。本研究中，區(qū)域合作廣度為與該區(qū)域有合作的其他區(qū)域數(shù)量，即區(qū)域節(jié)點(diǎn)度數(shù)，廣度越大表示與該區(qū)域合作的其他區(qū)域越多，技術(shù)合作越廣泛;合作深度為該區(qū)域技術(shù)合作頻次與合作廣度之比，深度越深，與其他區(qū)域的合作關(guān)系越穩(wěn)定。構(gòu)建“廣度-深度”二維矩陣，橫坐標(biāo)表示合作廣度，縱坐標(biāo)表示合作深度，標(biāo)準(zhǔn)為20 年的平均值，將地區(qū)分為四類:

Ⅰ類:高廣度- 高深度區(qū)域，分布在第一象限，合作對象廣，合作深入，跨區(qū)域技術(shù)合作模式趨于穩(wěn)定，是網(wǎng)絡(luò)的核心構(gòu)成。

Ⅱ類:低廣度- 高深度區(qū)域，分布在第二象限，合作廣度低，合作范圍狹隘，但合作深度高，已形成穩(wěn)定的合作關(guān)系。

Ⅲ類:低廣度- 低深度區(qū)域，分布在第三象限，是網(wǎng)絡(luò)的邊緣節(jié)點(diǎn)，合作參與度及合作深度都處在較低水平。

Ⅳ類:高廣度- 低深度區(qū)域，分布在第四象限，合作區(qū)域合作對象多，但合作不深入，是網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。

2 研究結(jié)果

2.1 1991—2010 年中國區(qū)域間合作專利變化趨勢

中國區(qū)域合作專利數(shù)量呈指數(shù)增長趨勢，1991年到2000 年增速緩慢，2000 年以后總量加速增長，從1991 年的70 件躍升到2010 年的5599 件，增加了5529 件，然而區(qū)域合作專利數(shù)占發(fā)明總量的比例一直在0.5%到2.5%間浮動(dòng)，整體上穩(wěn)步增加，但由于發(fā)明專利總量增速過快，比例增速相對較緩(見圖1)。

圖1 1991—2010 年中國大陸區(qū)域技術(shù)合作數(shù)量及其占發(fā)明專利總數(shù)比例示意圖

20 年來，跨區(qū)域技術(shù)合作數(shù)量呈增加趨勢，但空間發(fā)展不均衡 (見圖2)。1991—1995 年，區(qū)域技術(shù)合作總量均在300 以下，大部分低于25次，整體處在較低水平，區(qū)域差異不明顯;1996—2000 年，北京優(yōu)勢嶄露，東部地區(qū)如遼寧、上海大幅增加;2001—2005 年，北京、上海、廣東發(fā)展迅速，河南、四川增速明顯，區(qū)域間差異開始顯現(xiàn);2006—2010 年，空間分布層次明顯，東部沿海地區(qū)保持領(lǐng)先，中部地區(qū)快速增長，西部地區(qū)較上一階段有增加但與中東部相比仍有較大差距。

2.2 1991—2010 年中國區(qū)域技術(shù)合作網(wǎng)絡(luò)特征

網(wǎng)絡(luò)特征指標(biāo)。20 世紀(jì)90 年代初，中國幾乎所有的省、市、自治區(qū)已開始尋求跨區(qū)域技術(shù)合作，但合作十分有限，平均合作頻次低，網(wǎng)絡(luò)密度小。20 年來，網(wǎng)絡(luò)密度明顯增加，網(wǎng)絡(luò)邊數(shù)整體上大幅增長，跨區(qū)域的合作范圍不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)越來越復(fù)雜。1991—2000 年平均合作頻次穩(wěn)步上升;2006—2010 年，頻次增速迅猛，技術(shù)合作力度空前，反映了中國區(qū)域技術(shù)合作處在高速發(fā)展期;中心勢方面，1991—2010 年網(wǎng)絡(luò)中介中心勢和度數(shù)中心勢均處在較低水平，說明網(wǎng)絡(luò)不存在明顯的集中性、向心性，中介中心勢的下降反映了中國區(qū)域技術(shù)合作網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)越來越高的分散性，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。

圖2 1991—2010 年中國大陸各區(qū)域合作專利數(shù)量分布圖

表1 1991—2010 年中國大陸區(qū)域技術(shù)合作網(wǎng)絡(luò)特征

2.3 1991—2010 年中國區(qū)域技術(shù)合作網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)變化

用tableau 軟件將區(qū)域技術(shù)合作網(wǎng)絡(luò)可視化，過濾合作頻次小于10 的區(qū)域節(jié)點(diǎn)，將復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)簡化為關(guān)系較稀疏的網(wǎng)絡(luò) (見圖3)。1991—1995 年，網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)以北京為中心的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);1996—2000 年，東部地區(qū)之間的合作是網(wǎng)絡(luò)的重要組成，北京- 遼寧、北京- 上海合作突顯，甘肅、四川、河南等中西部地區(qū)與東部地區(qū)的合作加強(qiáng);2001—2005 年，跨區(qū)域技術(shù)合作不斷增多，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，東部地區(qū)間合作更緊密，中西部地區(qū)與東部地區(qū)的合作增加，但中部地區(qū)之間、西部地區(qū)之間、中部地區(qū)與西部地區(qū)之間的合作還較薄弱;2006—2010 年，東部地區(qū)之間的合作關(guān)系仍最多，尤以北京- 上海、上海- 廣東、北京- 廣東的合作最突出，中東部各地區(qū)與東部地區(qū)之間的合作關(guān)系進(jìn)一步增多，中部地區(qū)間的合作、西部地區(qū)與中部地區(qū)間的合作逐漸緊密，西部地區(qū)間的合作有增加但仍處在較低水平。

圖3 1991—2010 年中國大陸區(qū)域技術(shù)合作網(wǎng)絡(luò)簡化圖

由此可見，中國區(qū)域技術(shù)合作網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)一定的核心-邊緣結(jié)構(gòu)。為揭示網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)的演化，利用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析工具UCINET 研究1991—2010 年網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部核心-邊緣結(jié)構(gòu)及聯(lián)系密度(見表2)。結(jié)果顯示，1991—2010 年核心區(qū)涵蓋了中東部的大部分地區(qū)，西部地區(qū)多為邊緣地區(qū)。1991—2010 年，核心區(qū)之間的聯(lián)系密度從0.486 躍升至0.963，幾乎所有核心區(qū)域間都存在技術(shù)合作;核心區(qū)與邊緣區(qū)的聯(lián)系密度由0.143 增至0.727，聯(lián)系空前緊密;邊緣區(qū)之間的聯(lián)系密度有增長但增速較緩。這說明中國區(qū)域技術(shù)合作中，核心區(qū)之間的緊密合作關(guān)系是技術(shù)合作網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵，邊緣區(qū)間的技術(shù)合作仍較為薄弱且增長較緩，這種核心-邊緣結(jié)構(gòu)會(huì)對中國區(qū)域技術(shù)合作的空間格局發(fā)展產(chǎn)生影響。

表2 1991—2010 年核心區(qū)與邊緣區(qū)技術(shù)合作的聯(lián)系密度表

2.4 1991—2010 年不同地區(qū)技術(shù)合作模式的變化

1991—2010 年大部分地區(qū)的跨區(qū)域技術(shù)合作得到較大發(fā)展。1991—1995 年，各地區(qū)技術(shù)合作廣度和深度水平較低，大部分區(qū)域?qū)儆冖箢?，區(qū)域技術(shù)合作處在初始階段，北京、上海、遼寧、山東、廣東等東部區(qū)域合作廣度高，深度欠缺，合作模式尚不固定;1996—2000 年，北京、上海、遼寧成為Ⅰ類區(qū)域，合作深度有較大提高，合作模式漸漸形成;2001—2005 年，Ⅲ類區(qū)域大幅減少，各區(qū)域積極尋求跨區(qū)域合作，但合作深度較低，成為Ⅳ類區(qū)域，江蘇、浙江、廣東等東部區(qū)域的合作廣度及深度穩(wěn)步增加，合作關(guān)系趨于穩(wěn)定，成為Ⅰ類區(qū)域。2006—2010 年，西藏成為唯一的Ⅲ類區(qū)域，其余大部分西部區(qū)域增加了合作范圍，但合作關(guān)系還較弱，是Ⅳ類區(qū)域的主要組成;多數(shù)中東部區(qū)域成為Ⅰ類區(qū)域，跨區(qū)域合作關(guān)系趨于穩(wěn)定，形成了較成熟的技術(shù)合作模式。

1991—2010 年中國大陸區(qū)域技術(shù)合作分布模式表明，大部分區(qū)域節(jié)點(diǎn)合作廣度的提升先于合作深度，反映了地區(qū)進(jìn)行跨區(qū)域技術(shù)合作的探索路徑，即先擴(kuò)大合作范圍，隨后逐步尋找深入合作對象，進(jìn)而形成穩(wěn)定的合作模式。在這20 年內(nèi)，中國各個(gè)區(qū)域在技術(shù)合作廣度、深度有著較大的提升，中東部各區(qū)域的合作模式逐漸趨于穩(wěn)定，西部地區(qū)的技術(shù)合作還在探索階段，合作廣度廣，但合作關(guān)系還較不深入。

圖4 1991—2010 年中國大陸區(qū)域技術(shù)合作個(gè)體分布模式

3 討論

1991—2010 年，中國區(qū)域技術(shù)合作逐漸成為常態(tài)，合作范圍及合作深度不斷增加。然而，中國區(qū)域間的技術(shù)合作主要在東部地區(qū)集聚，空間發(fā)展不均衡，這與中國區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展息息相關(guān)［10］。20 世紀(jì)90 年代初，中央政府通過政策引導(dǎo)改善地區(qū)關(guān)系，推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作戰(zhàn)略，多地參與合作，但合作頻次偏低。隨著東部沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，東部地區(qū)間合作日益緊密，并帶動(dòng)中部地區(qū)的發(fā)展。2000 年以來，中西部地區(qū)與東部地區(qū)的合作增多，與中西部地區(qū)自身經(jīng)濟(jì)實(shí)力和創(chuàng)新能力的提高及西部大開發(fā)、中部崛起等國家區(qū)域性戰(zhàn)略的實(shí)施有很大關(guān)系。中西部區(qū)域技術(shù)合作與東部地區(qū)仍存在差距，主要原因可能有以下幾個(gè)方面:

(1)技術(shù)發(fā)展離不開經(jīng)濟(jì)支撐，而中國區(qū)域經(jīng)濟(jì)差距十分明顯。2001—2010 年，中國東部地區(qū)生產(chǎn)總值是中部地區(qū)增量的2. 37 倍，是西部地區(qū)增量的3 倍;就人均生產(chǎn)總值而言，中國東部地區(qū)約2. 97 萬元，中部地區(qū)1. 38 萬元，西部地區(qū)僅為1. 24 萬元，東部地區(qū)遠(yuǎn)超中西部地區(qū)。

(2)創(chuàng)新投入方面，2010 年，東部地區(qū)R＆D人員全時(shí)當(dāng)量總量約是西部地區(qū)的5 倍，2001—2010 年，東部地區(qū)R＆D 人員全時(shí)當(dāng)量總量增加了117 萬，西部地區(qū)僅增加不到13 萬;東部地區(qū)R＆D 經(jīng)費(fèi)支出增加近2633 億元，是西部增量的6.13 倍?？梢娭袊难邪l(fā)投入主要集中在中東部地區(qū)，導(dǎo)致了東部地區(qū)跨區(qū)域技術(shù)合作優(yōu)勢大于西部地區(qū)。

(3)東西部研發(fā)力量布局差距明顯。企業(yè)、高校、研究院所等研發(fā)力量是區(qū)域技術(shù)合作的重要組成，但中東部地區(qū)的企業(yè)集聚程度遠(yuǎn)高于西部地區(qū)，且截至目前，西部地區(qū)共有985 高校7所、211 高校25 所、中國科學(xué)院研究機(jī)構(gòu)26 個(gè)，東部有985 高校24 所、211 高校63 所、中科院研究機(jī)構(gòu)88 個(gè)。

(4)區(qū)域產(chǎn)業(yè)布局也會(huì)在一定程度影響地區(qū)跨區(qū)域技術(shù)合作的發(fā)展。中國高技術(shù)產(chǎn)業(yè)在地理區(qū)位上形成以深圳、廣州為核心的珠江三角洲，以江蘇、上海為核心的長江三角洲，以北京、天津?yàn)楹诵牡沫h(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈三大集聚中心［11］，2001—2010 年東部地區(qū)的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值占全國總產(chǎn)值的86.86%。雖然近些年中國一直推動(dòng)?xùn)|部地區(qū)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，但由于交通、信息、服務(wù)等產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)條件較差，西部地區(qū)承接?xùn)|部產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的效果則不太明顯，不僅未出現(xiàn)大規(guī)模的承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，而且承接的多為資源密集型行業(yè)和勞動(dòng)密集型行業(yè)［12］。

4 結(jié)論

(1)中國區(qū)域技術(shù)合作快速發(fā)展，合作網(wǎng)絡(luò)趨于復(fù)雜。

(2)網(wǎng)絡(luò)存在核心-邊緣結(jié)構(gòu)，東部地區(qū)間的合作是網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，西部地區(qū)間的合作仍較為薄弱。

(3)各地區(qū)在合作廣度、深度上有較大提升，中東部地區(qū)的跨區(qū)域合作關(guān)系已逐漸穩(wěn)定，西部地區(qū)還在探索階段。

因此，中國應(yīng)當(dāng)針對西部地區(qū)資源環(huán)境特點(diǎn)，加大國家研發(fā)力量在西部地區(qū)的布局，實(shí)施靈活的區(qū)域人才培養(yǎng)和引進(jìn)政策。從區(qū)位要素優(yōu)勢出發(fā)，繼續(xù)鼓勵(lì)產(chǎn)業(yè)由東部地區(qū)向中西部地區(qū)擴(kuò)散，培養(yǎng)西部地區(qū)的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，增強(qiáng)西部地區(qū)創(chuàng)新能力建設(shè)，支持區(qū)域間技術(shù)合作，合理配置科技資源，減小西部地區(qū)與中東部地區(qū)的差距。

［1］Jarno Hoekman，Koen Frenken，F(xiàn)rank Van Oort. The Geography of Collaborative Knowledge Production in Europe［J］.Ann Reg Sci，2009，(43):721 -738.

［2］Sercan Ozcan，Nazrul Islam. Collaborative Networks and Technology Clusters— The Case of Nanowire［J］.Technological Forecasting and Social Change，2014，82(1):115 -131.

［3］Xia Gao，Jiancheng Guan，Ronald Rousseau. Mapping Collaborative Knowledge Production in China Using Patent Co-inventorships［J］.Scientometrics，2011，88:343 -362.

［4］Anne Ter Wal. The Spatial Dynamics of the Inventor Network in German Biotechnology:Geographical Proximity Versus Triadic Closure［Z］.Economic Geography Research Group Working Paper Series，2009.

［5］胡曉輝，杜德斌，龔利等. 長三角區(qū)域知識合作網(wǎng)絡(luò)演化的空間特征［J］.地域研究與開發(fā)，2012，31(6):22 -27.

［6］張洪吉，史振寧，毛昊等. 中國區(qū)域合作專利申請狀況的統(tǒng)計(jì)與分析［J］.統(tǒng)計(jì)與決策，2007，(15):92 -94.

［7］Emanuela D A，Marco l. Social Networking and Inequality:the Role of Clustered Networks［J］.Cambridge Journal of Regions，Economy and Society，2011，4(1):63 -77.

［8］劉軍. 整體網(wǎng)分析講義［M］.上海:格致出版社，2009:1 -2.

［9］Borgatti S P，Everett M G. Models of Core/periphery Structures［J］.Social Networks，2000，21(4):375 -395.

［10］Malecki E，Oina P，et al. Making Connections:Technological Learning and Regional Economic Change［M］. Aldersgot:Ashgate，1999.145 -178.

［11］李偉銘，劉騁，王浩. 中國區(qū)域高技術(shù)產(chǎn)業(yè)競爭差異與空間分布特征研究［J］.中國科技論壇，2013，(4):65 -71.

［12］程李梅，陳聰，莊晉財(cái). 西部地區(qū)承接?xùn)|部產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移績效分析［J］.中國科技論壇，2014，(12):87 -91.